浅析核电站堆芯设备的拆除方式

杨秋红

摘 要：为了对核电站堆芯设备进行拆除，一系列不同的拆除工艺被开发、发展和应用。新型拆除技术与传统拆除方法均在退役工作中得到了广泛应用，同时水下切割以及远距离控制切割技术的快速发展进一步解决了退役拆除过程中的许多难题。本文对现有拆除技术以及辅助手段进行选择比较并分析。

关键词：堆芯设备；遥控技术；拆除

1引言

随着核电反应堆陆续结束运行，核电站反应堆厂房内主要的放射性集中在反应堆冷却系统，其中放射性最高的是反应堆压力容器及反应堆压力容器内部构件。拆除这类设备是极具挑战性的。为了更好解决拆除的问题，需要对这些不同种类的较高放射性的设备的拆除方法和技术进行分析研究。

2拆除分析

对于反应堆厂房内物项拆除顺序按照：大型放射性污染设备、构件→轻微污染设备→其他放射性污染设备→辅助系统→被活化、污染的建（构）筑物→厂房环吊。本文中所研究的拆除对象即反应堆中的大型放射性污染设备，主要包括：蒸汽发生器、反应堆压力容器及内部构件。

3拆除方法

为了对核电厂高放射水平部件进行拆除，一系列不同的拆除切割工艺被开发、改进和应用。等离子体电弧切割，接触弧金属切割和磨料水射流切割等新型拆除技术与圆盘锯、线锯、带锯等传统拆除方法在退役工作中得到了广泛应用，同时与水下切割和远距离控制切割技术的配合也解决了退役过程中放射性较高的设备拆除的难题。通过对现有技术的选择应用以及辅助手段的配合对某核电厂放射性水平较高的设备的拆除技术进行分析。

3.1压力容器的拆除

压力容器壁厚一般大于150～300mm。能够切割超过200mm的切割工具有接触弧金属切割、高压水磨料切割、机械锯和金刚石线锯等，压力容器的放射性对于构件低，可以进行空气中切割[1]。

接触弧金属切割、高压水磨料切割、机械锯三种切割头具有各自的优缺点。接触弧金属切割操作主要用于水下操作，机械锯和高压水磨料切割头较适用于切割压力容器。机械锯由于其是刚性切口，较难改变切割方向，因此难以切割压力容器顶部和底部。

相对而言，高压水磨料切割的功能性较强，但切割产生大量的二次废物泥浆，并消耗大量的水。

机械锯具有较大的反作用力，其适合于安装在线型运动的载带装置上。这意味着载带装置的选择面更广，可以配置较轻的载带装置，用于更狭窄的区域和更精准的操作，而在压力容器顶部和底部通常排布着小的管道，使得切割区域比较狭窄。

3.2堆内构件的拆除

内部构件相对于压力容器壁厚较薄，但结构复杂，现有遥控拆除技术有等离子体弧和机械遥控拆除。由于厂区内换料水池很大，给予堆内构件拆除足够的空间解体，且内部构件放射性较高，因此常用屏蔽在水下拆除方式。

等离子体弧遥控拆除内部构件已经成功应用于核电站退役中，典型的方式是在水下切割。等离子体弧切割是通过钨电极和导电金属表面产生直流电弧，在高速喷射的电弧作用下，工件表面发生局部熔化而实现切割[2]。

等离子体弧切割速度快，而且易于操作，但耗能高，产生烟尘和气溶胶多。水下操作可降低受照剂量、控制切割温度、抑制气溶胶扩散，但由于水的透明度和导电性变化，会给操作实施带来困难。

3.3蒸汽发生器的拆除

蒸汽发生器的拆除，主要采用两种切割工具来完成：高压水射流切割工具与远距离操控机械手以及水冷金刚石线锯。

高压水射流切割，附加的磨料被添加到水射流中来提高切割力度。这些磨料和使用的水被看做二次废物。切割过程使用的第二个工具是金刚石线锯，这个线锯包含一个金刚珠链，这些金刚珠的研磨作用，不同类型和层次的材料被切割。

高压水射流与动力手的结合对于外部壳体的切割十分有效且操作灵活，但是对于管束的切割就显得不那么高效，所以采用金刚石线锯作为管束的切割方法，可以看做是与高压水切割互补的切割手段。[3]

4拆除技术面临的挑战

对于高放射性设备的拆除方案，具有针对性的切割方法以及水下切割远距离切割等的开发也进展迅速，尤其是远距离遥控技术的应用，但是对于在放射性水平较高的设备的拆除工作中也面临着许多难点和挑战[4]。

■新型切割方法的研制增加了操作的机械可控性以及切割效率，但是另一方面与传统冷切割方法相比更多不易处理的二次废物，所以在解体切割方式的选择上面要根据被切割设备形状、厚度、材质、放射性以及效率等多面進行考虑。

■由于被切割的对象和情况不同，需选择不同的载带装置，选择适宜的遥控拆除技术。应尽量研究多功能远程遥控系列设备、标准智能远程系统、通用操作软件，减少单独开发研究所消耗的大量时间和成本，同时有利于操作人员的远程操作；

■远程操作进行遥控拆除的精准度有待提升。建立远程系统较好的反馈系统，多维摄像头和分析系统可大大提高遥控拆除的效率；

■遥控拆除高负载机械臂的工具更换管理、尺寸减少、组件运输和包装等方面仍是一项重要的研发内容。

5结论

目前我国首个核电厂-秦山一期已接近其设计寿期，反应堆的退役工作需要认真对待，对于放射性水平较高的主设备拆除技术的研究已经取得了很多的成果，针对不同特点不同放射性程度的设备也采取的有针对性的拆除方法，水下切割已经远距离遥控切割的新科技和技术在持续的简化退役过程，并不断提高员工安全。应用这些技术和现有退役项目的经验都会使得未来的退役更加安全、便捷和经济。

参考文献

[1] IAEA. Status of the Decommissioning of Nuclear Facilities around of the World[R].STI/PUB/1201，2004.

[2] Jean-Guy Nokhamzon，DISMANTLING TECHNIQUES，2008.

[3] P. Valenduc，E. Cantrel，L. Denissen，The dismantling project of the BR3 reactor，Conference SFEN – ENC2005，Versailles，12-16 Décembre 2005

[4] André Crégut，French experience and plans：Demonstration is central to a multi-faceted R&D programme，Decommissioning nuclear facilities，1985.